每日一题[1836]极值点偏移

已知函数 $f(x)=\dfrac ax+\dfrac 12\ln x-1$.

1、讨论函数 $f(x)$ 的单调区间.

2、若函数 $f(x)$ 存在两个零点 $x_1,x_2$,证明:$\dfrac{{\rm e}(x_1+x_2)}{x_1x_2}>2$.

解析

1、函数 $f(x)$ 的导函数\[f'(x)=\dfrac{x-2a}{2x^2},\]于是当 $a\leqslant 0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $\mathbb R^+$ 上单调递增;当 $a>0$ 时,函数 $f(x)$ 在 $(0,2a)$ 丧单调递减,在 $(2a,+\infty)$ 上单调递增.

2、根据题意,有 $a>0$,且此时 $f(x)$ 的最小值为\[f(2a)=\dfrac 12+\dfrac 12\ln (2a)-1<0\implies 0<a<\dfrac{\rm e}2.\]此时\[\dfrac a{x_1}+\dfrac 12\ln x_1-1=\dfrac a{x_2}+\dfrac 12\ln x_2-1=0,\]根据对数平均不等式,有\[\dfrac{x_1-x_2}{\ln x_1-\ln x_2}<\dfrac{x_1+x_2}2\iff \dfrac{x_1-x_2}{2\left(1-\dfrac a{x_1}\right)-2\left(1-\dfrac a{x_2}\right)}<\dfrac{x_1+x_2}2,\]即\[\dfrac{x_1x_2}{2a}<\dfrac{x_1+x_2}2 \implies \dfrac{x_1+x_2}{x_1x_2}>\dfrac 1a>\dfrac 2{\rm e},\]命题得证.

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